GNSS地面站观测数据仿真系统核心算法研究

论文摘要

卫星导航系统的建设是一项长期的系统工程。为了缩短地面运控系统与空间卫星系统的调试周期,定量的对卫星导航系统进行仿真测试和技术验证,建立地面站观测数据仿真系统势在必行。本文对地面站观测数据的建模、仿真和验证等核心算法进行了系统研究。首先,基于伪随机码测距和激光测距原理,介绍了卫星轨道模型、信号传播误差模型和钟差模型,给出仿真系统模块结构图。其次,针对监测接收机观测数据、星地时间同步观测数据、站间时间同步观测数据和激光观测数据的共性和个性,分别研究了以上四类观测数据的仿真方法。为了验证地面站观测数据仿真系统的正确性,提出自闭合验证的方法,利用伪距定位解算、轨道确定、星地伪距双向时间同步、卫星双向时间同步以及激光时间同步等算法对仿真数据进行处理,分别得到米级的定位精度、分米级的定轨精度和纳秒级的时间同步精度。最后,对双向时间同步法进行了研究,分析了各误差源对时间同步精度的影响,针对星地距离变化对星地伪距双向时间同步的影响,提出一种利用前后历元观测数据差分改正的方法,通过数值仿真验证该方法能达到纳秒量级精度。本文的研究工作可满足未来新一代卫星导航系统对主控站的测试需求,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 卫星导航系统组成
• 1.1.2 需求分析与任务介绍
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 地面站观测数据的数学模型
• 2.1 测距原理
• 2.1.1 伪随机码测距原理
• 2.1.2 卫星激光测距原理
• 2.1.3 观测数据应用与仿真之间的关系
• 2.2 卫星轨道模型
• 2.3 观测数据的误差模型
• 2.3.1 电离层延迟
• 2.3.2 对流层延迟
• 2.3.3 相对论效应
• 2.3.4 天线相位中心偏移
• 2.3.5 地球自转改正
• 2.3.6 观测噪声
• 2.3.7 卫星和地面站钟差
• 2.4 小结
• 第三章 观测数据仿真系统构成及算法实现
• 3.1 观测数据仿真系统的构成
• 3.2 监测接收机观测数据仿真算法
• 3.2.1 伪距的仿真实现
• 3.2.2 载波相位的仿真实现
• 3.2.3 伪距和载波相位仿真实例
• 3.3 星地时间同步观测数据仿真算法
• 3.3.1 星地时间同步观测数据的仿真实现
• 3.3.2 星地时间同步观测数据仿真实例
• 3.4 激光观测数据仿真算法
• 3.4.1 激光观测数据的仿真实现
• 3.4.2 激光观测数据仿真实例
• 3.5 站间时间同步观测数据仿真算法
• 3.5.1 站间时间同步观测数据的仿真实现
• 3.5.2 站间时间同步观测数据仿真实例
• 3.6 小结
• 第四章 观测数据仿真系统的自闭合验证
• 4.1 伪距定位自闭合验证
• 4.1.1 伪距定位原理
• 4.1.2 定位结果分析
• 4.2 轨道确定自闭合验证
• 4.3 双向时间同步自闭合验证
• 4.3.1 星地时间同步自闭合验证
• 4.3.2 激光时间同步自闭合验证
• 4.3.3 站间时间同步自闭合验证
• 4.4 小结
• 第五章 双向时间同步改进方法研究
• 5.1 双向时间同步的误差分析
• 5.2 星地距离变化对星地时间同步的影响及改正
• 5.3 小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果